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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:丁宏哲
研究生(外文):Hung-Che Ting
論文名稱:氯氣電漿放射光譜解析
指導教授:林滄浪柳克強
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:工程與系統科學系
學門:工程學門
學類:核子工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
中文關鍵詞:氯氣電漿電漿放射光斷層掃瞄電漿放射光譜氯氣電漿密度
外文關鍵詞:chlorine plasmaoptical emission tomographyoptical emission spectroscopyactinometrychlorine density
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隨著半導體製程技術的進步,為了實現縮小線寬(critical dimensions, CD)且增大晶圓尺寸,即時(in-situ)監測與控制蝕刻製程之均勻度(uniformity)與穩定度也變得越來越重要。
本研究主旨為開發應用於電漿製程系統上的,氯氣電漿放射光譜(optical emission spectroscopy)之空間分佈影像重建與電漿濃度的量測分析,使用大面積高密度之13.56 MHz射頻電感耦合式電漿源(inductively coupled plasma, ICP)系統及六吋多晶矽(polysilicon)晶圓。利用電漿放射光斷層掃瞄(optical emission tomography)的技術,假設電漿源為光學薄電漿體(optically thin)可以忽略吸收效應,且電漿放射光強度為圓柱型軸對稱分佈,使用Abel inversion來作其一維空間分佈影像重建,再結合optical emission actinometry的原理,於氯氣電漿中入5%之Ar為Trace Rare Gas (TRG),並量測Ar (750.4 nm)與Cl2 (306 nm)、Cl (725.66 nm)及Cl+ (481.95 nm)的放射光強度比,以瞭解不同操作參數下(輸入功率60∼1200 W,壓力5∼20 mTorr,流量20∼100 sccm),與蝕刻製程中(偏壓功率100∼200 W),氯離子、氯原子及氯分子濃度及解離率隨空間與時間的變化情形。
相同壓力下,隨著輸入功率的上升氯分子濃度會下降,氯原子及氯離子濃度會上升,由於輸入功率越高,電子密度越高,氯分子解離率(percent dissociation)與游離(dissociative ionization)率也越高。相同功率下,隨著壓力的上升氯分子及氯原子濃度會上升,氯離子濃度會下降,因為壓力上升粒子的平均自由路徑(mean free path)會縮短,導致電子溫度的下降,而且負電性氣體Cl2容易與電子發生碰撞(dissociative attachment)產生負離子(Cl-)會消耗電子,使得電子密度下降,使得氯分子游離率降低。相同壓力與輸入功率下,越靠近腔體中心氯分子濃度越低,氯離子濃度越高,因為越靠近腔體中心電子密度與電子溫度越高,氯分子游離率越高。當蝕刻製程中偏壓功率開啟時,氯原子及氯離子濃度會瞬間下降,氯分子濃度會上升,且隨著越靠近晶圓表面處氯原子與氯離子濃度越低,越往腔壁處濃度越高,因為氯原子會與晶圓表面的矽產生化學反應產生SiClx,氯離子會濺擊(sputtering)以及離子驅策蝕刻(ion energy-driven etching)晶圓表面,導致氯原子及氯離子的消耗,使得濃度下降,當偏壓關閉時,氯原子及氯離子濃度則會瞬間上升,氯分子濃度則會下降,另外由於氯離子Cl2+與Cl-會於靠近腔體表面處產生再結合(dissociative recombination)的效應,所以蝕刻過後越靠近腔壁處氯分子與原子濃度會變的較高。
第一章 簡 介
1.1 研究背景
1.2 研究目的
第二章 文獻回顧
2.1 Optical Emission Actinometry (OEA)
2.2 Optical Emission Tomography
第三章 基本原理
3.1 電漿基本原理
3.2 電漿蝕刻原理
3.3 電漿放射光原理 (Optical Emission)
3.4 Optical Emission Actinometry (OEA)原理
第四章 電漿放射光斷層掃瞄原理
4.1 一維影像重建 (Abel inversion)
4.2 二維影像重建 (Radon inversion)
第五章 電漿放射光量測系統
5.1 電感耦合式電漿源蝕刻機台
5.2 光譜儀系統
5.3 電漿放射光斷層掃瞄系統
第六章 實驗步驟與方法
6.1 光譜之校正
6.2 氯氣電漿光譜
6.3 Curve fitting
第七章 實驗結果與分析討論
7.1 電漿光譜之濃度解析
7.2 電漿光譜之空間解析
7.3 電漿光譜之時間與空間解析
第八章 結 論
參考文獻
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